土的振动液化
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土的振动液化特性
参考书：《高等土力学》
一、液化发生的机理
振动液化是饱和土在动荷作用下由于 其原有强度的丧失而转变为一种类似液体 状态的现象。它是一种以强度的大幅度骤 然丧失为特殊强度问题。
当振动作用到土上时，土骨架会因振动的影响而收 到一定的惯性力和干扰力。它们在各个土粒上引起大小、 方向明显差异的动附加应力，在其超过一定的数值时，就 会破坏土粒之间原来的联结强度与结构状态，使砂粒彼此 之间脱离基础。原先由砂粒通过它的接触点所传递的压力 （有效压力），就要传给孔隙水来承担，引起孔隙水压力 的骤然增高。 此时，一方面是孔隙水在一定超静水压力的作用下 力图向上排除，另一方面是土颗粒在其重力作用下又力图 向下沉落，这就有可能使土在结构破坏的瞬间或一定时间 内，土粒因其向下的沉落为孔隙水的向上排除所阻碍，处 于局部或全部悬浮（孔隙水压力等于有效覆盖压力）状态， 土的抗剪强度局部地或全部地丧失，出现不同程度的变形 或完全液化（振动液化）。此后，随着孔隙水逐渐挤出， 孔隙水压力就逐渐减小，土粒又逐渐沉落，重新堆积排列， 压力重新由孔隙水传给了土粒承受，砂土即达到新的稳定 状态（振动压密）。
只有在了解了各个因素的可能影响后 才可以根据具体条件进行综合分心。这些 基本性质的结论，将是我们在具体判定液 化可能性和同可能发生的液化现象作斗争 中采取相应措施的基础。
四、饱和砂土振动液化可能性的估 计
为了具体判定饱和砂土振动液化的可 能性，已经提出了一系列的方法： 临界孔隙比法、振动稳定密度法、临界标 贯击数法、标准爆破沉降量法、抗液化剪 应力法、剪切波速法、综合指标法、静力 触探法，统计法和室内外实验结合法。 它们的共同特点是用对比促使液化可能性 的判断。
I (1 FL , i )Wi ( z )zi
i 1 0
n H
FL----土的液化安全系数 W(z)----与深度有关的权函数
因土层的深度越小，液化的危害性越大，故W（z） 一般取上大下小的倒三角形或倒梯形，如下图：
现行规范采用了梯形分布（H1=5m， H2=10m，a=10m）的液化指数，对液化 危害性做出了下表的等级标准。
三、液化的主要影响因素
影响饱和砂土振动液化可能性的主要因素有： 土性条件（土的颗粒特征、密度特征以及结构特 征） 起始应力条件（动荷施加以前土所承受的法向应 力和剪应力以及它们的组合） 动荷条件（动荷的波形、振幅、频率、持续时间 以及作用方向等） 排水条件（土的透水程度、排水路径及排渗边界 条件）
由此可见，，饱和砂土发生液化现象必 须同时具备两个基本条件： 1.振动作用足以使土体的结构发生破坏 （即振动荷载较大或砂土的结构强度较 小）； 2.在土体结构发生破坏后，土粒发生移动 的趋势不是松账而是压密。
二、液化的应力条件
根据强度的基本公式：
f ' tan ' c ' ( u) tan ' c '
液化的危害还与上部结构的形式、刚度、 质量分布和使用特点有关。因为形式、刚 度和质量分布的影响可以通过结构的基本 周期来反映。在地震作用下，当可液化土 层由硬变软时，地基土的自振周期增长。 这样，对于本来具有较长周期的建筑物会 使其地震反应增大，而遭到更大的破坏， 增大液化的危害性。
通常用一个综合性的指标，即液化指数 I，来 主要反映地基因素的影响，而将基础和建筑物 方面诸因素的影响通过对应于不同液化指数I的 不同的处理要求来反映。
研究表明： 1）土的颗粒愈粗，动力稳定性愈高; 2）土的相对密实度Dr愈大，抗液化强度愈 高； 3）排列结构稳定和胶结状况良好的土均具 有较高的抗液化能力。 4）土上覆盖的有效压力愈大，液化的大，振动型波作 用时次之，正弦波作用时最小。
7）采用深基础增大基础的砌置深度，可以 相应的增大地基砂土的抗液化能力。如果 能够全部穿过液化土层，就可以有效地防 止液化的危害性。 8）当饱和砂土被用作筑坝材料时，应尽可 能选择抗液化能力较强的土料筑坝。
六、增强土体抗液化稳定性的途径 和方法
1）在选择建筑物场地及地基时，尽量不要把建筑物放在 容易发生液化的地段，即地下水位高、砂层埋藏浅、相对 密度低、颗粒级配差、覆盖土层薄等情况下的地段。 2）将可液化土挖去（部分挖除，或全部挖出）并用非液 化土置换。上部回填的土层还有利于防止下部砂层的液化 破坏。 3）对于饱和砂土的加密常采用振冲加密法、挤密砂桩法、 直接振密法和爆炸加密法提高土的密度。 4）利用上覆盖重压力提高抗液化强度。 5）用围封的方法限制砂土液化时发生侧流，使地基的剪 切变形收到约束，避免建筑物因大量沉陷而破坏。 6）排水的方法可以减小孔隙水压力的威胁，减小液化的 危害性。
五、液化危害性分析
当地基中有液化土层存在时并不一定存在危害， 并不意味着必须采取直接加固的措施。 可液化土的处理应按建筑物的特性及液化的 实际危害性来采取必要的处理方法和处理程度。 液化的危害性与地基中可液化土层的埋深Z1、 可液化土层的厚度Dc、可液化土层的液化势L、超 过抗液化势R的程度，以及可液化土层上非液化 涂层的厚度D1等一系列因素有关。
参考书：《高等土力学》
一、液化发生的机理
振动液化是饱和土在动荷作用下由于 其原有强度的丧失而转变为一种类似液体 状态的现象。它是一种以强度的大幅度骤 然丧失为特殊强度问题。
当振动作用到土上时，土骨架会因振动的影响而收 到一定的惯性力和干扰力。它们在各个土粒上引起大小、 方向明显差异的动附加应力，在其超过一定的数值时，就 会破坏土粒之间原来的联结强度与结构状态，使砂粒彼此 之间脱离基础。原先由砂粒通过它的接触点所传递的压力 （有效压力），就要传给孔隙水来承担，引起孔隙水压力 的骤然增高。 此时，一方面是孔隙水在一定超静水压力的作用下 力图向上排除，另一方面是土颗粒在其重力作用下又力图 向下沉落，这就有可能使土在结构破坏的瞬间或一定时间 内，土粒因其向下的沉落为孔隙水的向上排除所阻碍，处 于局部或全部悬浮（孔隙水压力等于有效覆盖压力）状态， 土的抗剪强度局部地或全部地丧失，出现不同程度的变形 或完全液化（振动液化）。此后，随着孔隙水逐渐挤出， 孔隙水压力就逐渐减小，土粒又逐渐沉落，重新堆积排列， 压力重新由孔隙水传给了土粒承受，砂土即达到新的稳定 状态（振动压密）。
只有在了解了各个因素的可能影响后 才可以根据具体条件进行综合分心。这些 基本性质的结论，将是我们在具体判定液 化可能性和同可能发生的液化现象作斗争 中采取相应措施的基础。
四、饱和砂土振动液化可能性的估 计
为了具体判定饱和砂土振动液化的可 能性，已经提出了一系列的方法： 临界孔隙比法、振动稳定密度法、临界标 贯击数法、标准爆破沉降量法、抗液化剪 应力法、剪切波速法、综合指标法、静力 触探法，统计法和室内外实验结合法。 它们的共同特点是用对比促使液化可能性 的判断。
I (1 FL , i )Wi ( z )zi
i 1 0
n H
FL----土的液化安全系数 W(z)----与深度有关的权函数
因土层的深度越小，液化的危害性越大，故W（z） 一般取上大下小的倒三角形或倒梯形，如下图：
现行规范采用了梯形分布（H1=5m， H2=10m，a=10m）的液化指数，对液化 危害性做出了下表的等级标准。
三、液化的主要影响因素
影响饱和砂土振动液化可能性的主要因素有： 土性条件（土的颗粒特征、密度特征以及结构特 征） 起始应力条件（动荷施加以前土所承受的法向应 力和剪应力以及它们的组合） 动荷条件（动荷的波形、振幅、频率、持续时间 以及作用方向等） 排水条件（土的透水程度、排水路径及排渗边界 条件）
由此可见，，饱和砂土发生液化现象必 须同时具备两个基本条件： 1.振动作用足以使土体的结构发生破坏 （即振动荷载较大或砂土的结构强度较 小）； 2.在土体结构发生破坏后，土粒发生移动 的趋势不是松账而是压密。
二、液化的应力条件
根据强度的基本公式：
f ' tan ' c ' ( u) tan ' c '
液化的危害还与上部结构的形式、刚度、 质量分布和使用特点有关。因为形式、刚 度和质量分布的影响可以通过结构的基本 周期来反映。在地震作用下，当可液化土 层由硬变软时，地基土的自振周期增长。 这样，对于本来具有较长周期的建筑物会 使其地震反应增大，而遭到更大的破坏， 增大液化的危害性。
通常用一个综合性的指标，即液化指数 I，来 主要反映地基因素的影响，而将基础和建筑物 方面诸因素的影响通过对应于不同液化指数I的 不同的处理要求来反映。
研究表明： 1）土的颗粒愈粗，动力稳定性愈高; 2）土的相对密实度Dr愈大，抗液化强度愈 高； 3）排列结构稳定和胶结状况良好的土均具 有较高的抗液化能力。 4）土上覆盖的有效压力愈大，液化的大，振动型波作 用时次之，正弦波作用时最小。
7）采用深基础增大基础的砌置深度，可以 相应的增大地基砂土的抗液化能力。如果 能够全部穿过液化土层，就可以有效地防 止液化的危害性。 8）当饱和砂土被用作筑坝材料时，应尽可 能选择抗液化能力较强的土料筑坝。
六、增强土体抗液化稳定性的途径 和方法
1）在选择建筑物场地及地基时，尽量不要把建筑物放在 容易发生液化的地段，即地下水位高、砂层埋藏浅、相对 密度低、颗粒级配差、覆盖土层薄等情况下的地段。 2）将可液化土挖去（部分挖除，或全部挖出）并用非液 化土置换。上部回填的土层还有利于防止下部砂层的液化 破坏。 3）对于饱和砂土的加密常采用振冲加密法、挤密砂桩法、 直接振密法和爆炸加密法提高土的密度。 4）利用上覆盖重压力提高抗液化强度。 5）用围封的方法限制砂土液化时发生侧流，使地基的剪 切变形收到约束，避免建筑物因大量沉陷而破坏。 6）排水的方法可以减小孔隙水压力的威胁，减小液化的 危害性。
五、液化危害性分析
当地基中有液化土层存在时并不一定存在危害， 并不意味着必须采取直接加固的措施。 可液化土的处理应按建筑物的特性及液化的 实际危害性来采取必要的处理方法和处理程度。 液化的危害性与地基中可液化土层的埋深Z1、 可液化土层的厚度Dc、可液化土层的液化势L、超 过抗液化势R的程度，以及可液化土层上非液化 涂层的厚度D1等一系列因素有关。